Studying the influence of thermomechanical phenomena on grinded surface quality parameters of products made from hard-to-process materials

Abstract

Grinded surface quality state of products made from hard-to-process materials is formed under the influence of thermomechanical phenomena during final machining operations. But grinding causes the formation of burns, cracks, and tensile stresses in surface layers of products. These defects significantly influence reliability and durability of products during their operation. High thermal tension of diamond-abrasive processing leads to the fact that thermophysics of these processes is dominating in formation of quality characteristics of processed surface. Existing grinding methods for products made from hard-to-process materials do not allow to fully eliminate defects that occur in surface layer. Among the factors that conduce these defects are inevitable fluctuations of processing allowance, microheterogenity of the material characterized by the size of grain, packaging defects, structural transformations and dislocations, product warping during thermal treating, insufficiently studied thermomechanical phenomena. The mentioned effects accompany grinding process and cause burn marks, microcracks, structural transformations, residual stresses. Exploration of thermomechanical phenomena that form the quality of surface layer considering preceding machining operations of products, determining their influence on cracks and burns formation based on quality analysis of thermal and stress states and make up the objective of this research. This paper proposes more efficient models for studying quantitative connections between technological system parameters, physical and mechanical properties of processed materials, their structure, and thermomechanical processes during grinding. We have developed optimal technological parameters for processing metals and alloys prone to defects in surface layer based on determined relationships. Such defects encompass defects like cracks, burns, and chips.

Стан якості шліфованої поверхні виробів із складно оброблюваних матеріалів формується під впливом термомеханічних явищ, що супроводжують фінішну операцію. Але застосування шліфування пов'язане з появою припіків, тріщин, розтягуючих напружень в поверхневих шарах деталей, що істотно впливає на надійність і довговічність цих деталей в процесі їх експлуатації. Висока теплоємність алмазно-абразивних процесів обробки призводить до того, що теплофізика цих процесів часто є домінуючою у формуванні якісних характеристик оброблюваної поверхні. Існуючі способи шліфування деталей з важкооброблюваних матеріалів не дозволяють повністю усунути дефекти, що виникають в поверхневому шарі. Цьому сприяють: неминучі коливання припусків через помилки в попередніх операціях механічної обробки; Недостатньо вивчені мікронеоднорідність самого матеріалу, що характеризується зернистістю, дефектами упаковки, зміщенням і структурними перетвореннями, коробленням деталей при термічній і подібній обробці, термомеханічними явищами, які супроводжують процес шліфування і в результаті яких на оброблюваних поверхнях з'являються припіки, мікротріщини, структурні перетворення, залишкові напруження. Предметом даної роботи є дослідження термомеханічних явищ, що формують якість поверхневого шару, з урахуванням попередніх видів обробки виробів, встановлення їх впливу на утворення тріщин і припіків на основі кількісного аналізу теплового і напруженого станів. У представленій роботі запропоновані більш ефективні моделі для дослідження кількісних співвідношень між параметрами технологічної системи, фізико-механічними властивостями оброблюваних металів, їх структурою і термомеханічними процесами, що відбуваються в поверхневому шарі деталей, що шліфуються. На основі встановлених співвідношень розроблено оптимальні технологічні параметри обробки металів і сплавів, які значно схильні до появи дефектів поверхневого шару, таких як тріщини, відколи, припіки.